Или это пример шумихи в СМИ вокруг сумасшедшего Хокинга?
«Похоже, что Эйнштейн был вдвойне неправ, когда сказал, что Бог не играет в кости. Бог не только определенно играет в кости, но и иногда сбивает нас с толку, бросая их туда, где их не видно». - Стивен Хокинг
Каждую неделю, когда вы присылаете свои вопросы и предложения для «Спросите Итана», я просматриваю и отдаю приоритет нашим лучшим сторонникам Patreon, особенно если они задают качественный вопрос. На этой неделе не было более важной темы для обсуждения, чем заявление Стивена Хокинга, утверждающего, что он разрешил информационный парадокс «Черной дыры», хотя документ еще не доступен. Неужели он? Наш читатель (и сторонник) Денье хочет знать:
Чем теория Хокинга о черных дырах, хранящих информацию на оболочке горизонта событий, отличается от того, что несколько десятилетий назад сказал Сасскинд о черных дырах, хранящих информацию на оболочке горизонта событий? Хокинг только что вытащил Стива Джобса и провозгласил что-то новое, что Android придумал много лет назад? Или это действительно что-то новое?
Черные дыры - интересные объекты, поэтому давайте перейдем к началу и поговорим о том, что это за парадокс.
С одной стороны, черные дыры - теоретически - довольно легко создать. Все, что вам нужно сделать, это получить достаточную массу (или ее энергетический эквивалент, через E=mc^2) в достаточно маленьком участке пространства, и вы ее получите! Как правило, массивная звезда, чье ядро взрывается, когда она больше не может противостоять гравитационному коллапсу, является лучшим способом добраться туда. Если вы начнете со звезды примерно в 20 раз больше массы Солнца (или больше), когда она закончит свою жизнь взрывом сверхновой типа II, результатом станет черная дыра.
Со временем черные дыры могут либо поглощать больше материи, либо сливаться с другими объектами (или другими черными дырами), становясь больше. В некоторых галактиках, таких как наша, есть черные дыры массой в миллионы солнечных масс, а самые большие могут достигать размеров в миллиарды или даже десятки миллиардов солнечных масс.
Но из-за пределов черной дыры мы не можем знать, как она появилась. Насколько мы можем судить, есть только несколько свойств черной дыры, которые мы вообще можем различить:
- масса черной дыры,
- его электрический заряд,
- и его угловой момент (или спин).
Вот и все!
Возможно, это должно вас обеспокоить. Если вы создали черную дыру исключительно из нейтронов, она должна нести иную информацию, чем черная дыра, состоящая исключительно из антинейтронов или состоящая из равномерной смеси электронов и позитронов. В конце концов, «барионное число» является важной частью информации в квантовом мире, и если черная дыра имеет барионное число 10 ^ 58 по сравнению с той, у которой барионное число равно нулю, по сравнению с единицей с барионным числом -10 ^ 58, эта информация должна как-то сохраняться.
Действительно, есть шанс, что информация сохранится, по крайней мере, для начала. Представьте, что у вас изначально есть черная дыра, и что-то падает в нее. Может быть, это протон, антипротон, фотон, два фотона и т. д. Может быть, это даже человек!
Когда эта «вещь» падает, она увеличивает массу черной дыры, но эта информация также кодируется на поверхности горизонта событий черной дыры. В то время как наблюдатель (частица, фотон(ы) или человек), падающий внутрь, даже не заметит, как они пересекают горизонт событий, кто-то снаружи увидит, как они смещаются в красную сторону все больше и больше, становясь все тусклее, тусклее и краснее, но никогда по-настоящему. пересечение горизонта событий. Вместо этого их информация остается закодированной на поверхности черной дыры, где она предположительно существует вечно.
Так что, если бы черные дыры существовали вечно, не было бы никакого информационного парадокса: что-то падает внутрь, и эта информация о том, что это было, до сих пор закодирована на поверхности этой черной дыры.
Но затем мы обратимся к квантовому миру, откуда и возникла проблема. Видите ли, черные дыры - огромные источники гравитации, и вся эта масса заключена в такой небольшой объем пространства. В результате пространство вокруг черных дыр довольно сильно искривлено, и квантовая Вселенная ведет себя в искривленном пространстве иначе, чем в плоском пространстве.
В частности, в плоском пространстве обычно происходит ненулевая энергия вакуума: пары частица-античастица все время появляются и исчезают. В нормальных условиях они существуют короткое время, повторно аннигилируют и снова исчезают в вакууме. Если вы посмотрите на состояние «до» и состояние «после», вы увидите, что между ними нет никакой разницы. Но в искривленном пространстве эти пары частица-античастица могут появиться на противоположных сторонахгоризонта событий. При правильных условиях - которые бывают редко, но случаются - вы получите крошечный низкоэнергетический квант излучения, который испускается в результате, при этом “частица” из одной виртуальной пары аннигилирует с “античастицей” из другой, создающий спектр излучения абсолютно черного тела.
Это долгий и медленный процесс: черной дыре солнечной массы требуется 10^67 лет, чтобы испариться, и около 10^100 лет сверхмассивной, но Вселенная терпелива, и имеет все виды времени. В конце не останется ни одной черной дыры, только это море теплового излучения черного тела. Это излучение - излучение Хокинга - это то, как все черные дыры в конечном итоге распадаются.
Хуже всего то, что это излучение не помнит, что попало в эту черную дыру. Вот в чем состоит информационный парадокс черной дыры: у вас была информация, которая попала в черную дыру, но со временем эта информация теряется. Поскольку информацию нельзя так уничтожить, возникает парадокс.
Обычно предполагается, что эта информация каким-то образом должна быть сохранена. До сих пор никто не знал, как это сделать, хотя были идеи. Общее предположение состоит в том, что информация с поверхности черной дыры каким-то образом должна быть закодирована в исходящее излучение Хокинга. Что ж, предложение Стивена Хокинга вместе с его сотрудниками Малкольмом Перри и Эндрю Строминджером заключается в том, что из теории струн возникает что-то, известное как суперпереводы, что является одной из областей знаний Строминджера.
Суперперевод, говоря максимально простым языком, берет хорошо известный факт о классическом вакууме в общей теории относительности: он сильно вырожден. У вас есть разные состояния вакуума (разные вакуумы), которые обладают одинаковыми свойствами или неотличимы друг от друга. Различные вакуумы, соответствующие разным состояниям, могут быть связаны друг с другом посредством нарушенной симметрии, выявленной Бонди, ван дер Бургом и Метцером еще в 1962 году. как распространяются изменения в гравитационном поле.
В апреле прошлого года Хокинг услышал одно из выступлений Строминджера и решил, что это означает, что частицы, попадающие на горизонт черной дыры, вызывают сверхтрансляции, и что эти супертрансляции могут отпечатываться на исходящем излучении Хокинга.. И именно об этом будет спорить предстоящая статья (еще не опубликованная).
Это «новая разработка».
Но от «у меня есть идея» до «эта идея и есть решение» долгий путь, и здесь мы имеем прежнее, а не последний. Например, появились некоторые дополнительные подробности:
- Изображение, которое у них есть, является чисто классическим и не кодирует квантовую информацию, такую как барионное число.
- Картина предполагает бесконечное число зарядов, а не правильное число для черной дыры, заданное (истинной) энтропией Бекенштейна-Хокинга.
- Нет квантованной версии этих симметрий или супертрансляций.
- Количественной картины того, как эта информация отпечатывается на уходящем излучении, также нет: это просто идея.
Кроме того, Сабина Хоссенфельдер, работающая над проблемами квантованной гравитации в искривленных пространствах, выразила следующую озабоченность:
На самом деле я несколько обеспокоен тем, что, если взглянуть на квантовую картину, заряды BMS на бесконечности будут переплетены с зарядами, падающими в черную дыру, что, по сути, заново изобретет информационную проблему черной дыры.
Так что да, Денье, Хокинг действительно придумал новый поворот в информационном парадоксе черной дыры. Но является ли это решениемпарадокса? Едва ли. То есть никоим образом, ни по форме, ни по форме нельзя заключить, что парадокс теперь разрешен. Следует заключить, что была предложена новая идея относительно того, как разрешить парадокс, и эта идея сейчас находится в зачаточном состоянии.
По моему мнению, если бы кто-то, кроме Стивена Хокинга, предложил эту идею, она привлекла бы лишь небольшое внимание, поскольку сама идея недостаточно конкретизирована, чтобы быть чем-то большим. чем искра или зародыш возможности. Да, это стоит исследовать дальше, но имейте в виду, что большинство подобных идей оказываются тупиковыми. Возможно, это окажется чем-то особенным, но до тех пор, пока кто-то не проведет теоретическую работу до конца - а Хокинг, Перри и Строминджер этого не сделали - у нас нет оснований полагать, что этот парадокс скоро исчезнет.
Есть вопрос или предложение для Ask Ethan? Отправьте его сюда на рассмотрение.
Оставляйте свои комментарии на нашем форуме и поддержите Starts With A Bang на Patreon!